JP2013010007A - Superhydrophilic material, medical material and medical appliance - Google Patents
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Abstract
【課題】DLC膜の親水性を向上させると共に、生体適合性等の機能の付与を効率良く行うことが可能なDLC膜の修飾方法を実現できるようにする。
【解決手段】超親水性材料は、基材と、基材の表面に形成され且つ親水性の官能基を有するDLC膜を備えている。DLC膜の表面における水の接触角が10度以下であり、基材とDLC膜との間には、基材と前記DLC膜との密着性を向上させる中間層が設けられている。DLC膜の厚さは0.01μm以上、3μm以下であり、中間層の厚さは0.01μm以上、0.3μm以下である。
【選択図】図3A method for modifying a DLC film capable of improving the hydrophilicity of the DLC film and efficiently imparting functions such as biocompatibility can be realized.
A superhydrophilic material includes a base material and a DLC film formed on the surface of the base material and having a hydrophilic functional group. The contact angle of water on the surface of the DLC film is 10 degrees or less, and an intermediate layer for improving the adhesion between the base material and the DLC film is provided between the base material and the DLC film. The thickness of the DLC film is 0.01 μm or more and 3 μm or less, and the thickness of the intermediate layer is 0.01 μm or more and 0.3 μm or less.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、本発明は超親水性材料、医療用材料及び医療用器具に関し、特に生体適合性に優れた材料に関する。 The present invention relates to a super-hydrophilic material, a medical material, and a medical instrument, and particularly relates to a material excellent in biocompatibility.
ダイヤモンド様薄膜(DLC膜)は、硬く緻密で且つ不活性な表面を有しているため、金属やセラミックス等の無機系材料及び樹脂等の有機系材料等からなる基材の表面に形成することにより基材の表面に耐摩耗性、耐蝕性及び表面平滑性等の性質を付与することができる。 A diamond-like thin film (DLC film) has a hard, dense, and inert surface, so it should be formed on the surface of a substrate made of an inorganic material such as metal or ceramics and an organic material such as resin. Thus, properties such as wear resistance, corrosion resistance and surface smoothness can be imparted to the surface of the substrate.
例えば、金型や治工具の表面をDLC膜によりコーティングすることにより、耐久性を向上させたり、離型性を向上させたりすることが知られている。また、非常に平滑で不活性な表面であるため、生体物質との相互作用を嫌う医療用器具の基材を表面処理する方法としても期待されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1を参照)。
For example, it is known that the surface of a mold or a jig / tool is coated with a DLC film to improve durability or improve releasability. Moreover, since it is a very smooth and inert surface, it is also expected as a method of surface-treating a base material of a medical device that dislikes interaction with a biological substance (for example,
さらに、本願発明者らはDLC膜にプラズマを照射することによりDLC膜に反応性の部位を導入する方法について報告している(例えば、特許文献2を参照。)。プラズマ照射により、DLC膜にラジカル等の反応性の部位を導入し、導入されたラジカルを開始点として生体適合性ポリマーをグラフト重合することが可能となる。また、ラジカルを導入した後、大気暴露を行うことにより水酸基等の官能基を生成することができ、生成した官能基を用いればDLC膜に種々の修飾を行うことができる。このように、DLC膜を修飾することにより生体適合性等の種々の機能を付加することが可能であり、耐久性と機能性とを併せ持つ材料を実現することができる。 Furthermore, the present inventors have reported a method for introducing a reactive site into the DLC film by irradiating the DLC film with plasma (see, for example, Patent Document 2). By reactive plasma, a reactive site such as a radical is introduced into the DLC film, and the biocompatible polymer can be graft polymerized using the introduced radical as a starting point. Moreover, after introducing radicals, functional groups such as hydroxyl groups can be generated by exposure to the atmosphere, and various modifications can be made to the DLC film by using the generated functional groups. Thus, by modifying the DLC film, various functions such as biocompatibility can be added, and a material having both durability and functionality can be realized.
しかしながら、本願発明者らの検討の結果、前記従来のDLC膜の修飾方法には以下のような問題があることが明らかになった。従来のDLC膜を修飾する方法においては、基材の表面を被覆するDLC膜にプラズマ照射をすることによりDLC膜の炭素−炭素結合を開裂させることによりラジカルを生成している。DLC膜の炭素−炭素結合を開裂させることにより形成されたラジカルは、不安定であり消滅しやすく、DLC膜にプラズマ照射を行った後、すぐにポリマーのグラフトを行わなければならない。 However, as a result of the study by the present inventors, it has been clarified that the conventional method for modifying a DLC film has the following problems. In the conventional method for modifying a DLC film, radicals are generated by cleaving the carbon-carbon bond of the DLC film by irradiating the DLC film covering the surface of the substrate with plasma. The radicals formed by cleaving the carbon-carbon bond of the DLC film are unstable and easily disappear, and the polymer must be grafted immediately after the DLC film is irradiated with plasma.
また、ラジカルが不安定であるため、プラズマを照射してから重合を開始するまでの時間を一定にしたとしても、ポリマーのグラフトに寄与するラジカルの数を一定にすることができない。その結果、ロット間でポリマーの被覆状態がばらついてしまい、生体適合性等の機能を再現性良く付与することができない。 In addition, since radicals are unstable, the number of radicals contributing to polymer grafting cannot be made constant even if the time from the irradiation of plasma to the start of polymerization is made constant. As a result, the coating state of the polymer varies between lots, and functions such as biocompatibility cannot be imparted with good reproducibility.
さらに、ラジカルを導入したDLC膜を大気暴露することにより水酸基等の親水性の官能基を導入する場合にも、ラジカルと酸素との反応が十分に進行しない。このため、DLC膜の親水性が十分向上しない。また、一旦、親水性が向上しても時間の経過により再び親水性が悪化してしまう。 Furthermore, even when a hydrophilic functional group such as a hydroxyl group is introduced by exposing the DLC film into which the radical has been introduced to the atmosphere, the reaction between the radical and oxygen does not proceed sufficiently. For this reason, the hydrophilicity of the DLC film is not sufficiently improved. Moreover, even if the hydrophilicity is improved once, the hydrophilicity deteriorates again with the passage of time.
本発明は、前記従来の問題を解決し、DLC膜の親水性を向上させると共に、生体適合性等の機能の付与を効率良く行うことが可能なDLC膜の修飾方法を実現できるようにすることを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and improves the hydrophilicity of the DLC film and realizes a DLC film modification method capable of efficiently imparting functions such as biocompatibility. With the goal.
前記の目的を達成するため、本発明はDLC膜の修飾方法を、DLC膜に反応性の部位を形成する第1のプラズマ照射工程と反応性の部位を親水性の官能基に変換する第2のプラズマ照射工程とを備えた構成とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for modifying a DLC film, a first plasma irradiation step for forming a reactive site in the DLC film, and a second method for converting a reactive site into a hydrophilic functional group. And a plasma irradiation step.
本発明に係るダイヤモンド様薄膜の修飾方法は、基材の表面にダイヤモンド様薄膜を形成する工程(a)と、ダイヤモンド様薄膜に第1のプラズマを照射することにより反応性の部位をダイヤモンド様薄膜の表面に生起させる工程(b)と、ダイヤモンド様薄膜に少なくとも酸素を含む第2のプラズマを照射することにより反応性の部位と酸素とを反応させて親水性の官能基を導入する工程(c)とを備えていることを特徴とする。 The method for modifying a diamond-like thin film according to the present invention comprises a step (a) of forming a diamond-like thin film on the surface of a substrate, and irradiating the diamond-like thin film with a first plasma to thereby change the reactive site. A step (b) of generating a hydrophilic functional group by reacting a reactive site with oxygen by irradiating the diamond-like thin film with a second plasma containing at least oxygen. ).
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法は、ダイヤモンド様薄膜に少なくとも酸素を含む第2のプラズマを照射することにより反応性の部位と酸素とを反応させることにより親水性の官能基を導入する工程を備えているため、第1のプラズマ照射によりダイヤモンド様薄膜の表面に形成された反応性の部位を確実に親水性の官能基とすることができる。このため、基材に耐久性だけでなく親水性の機能を効率良く付与することができる。従って、医療用材料をはじめとする種々の分野の材料に耐久性と親水性とを付与することができる。また、導入された官能基を用いることによりダイヤモンド様薄膜の表面をさらに改質することも可能となる。 The method for modifying a diamond-like thin film of the present invention includes a step of introducing a hydrophilic functional group by reacting a reactive site with oxygen by irradiating the diamond-like thin film with a second plasma containing at least oxygen. Therefore, the reactive site formed on the surface of the diamond-like thin film by the first plasma irradiation can be surely made into a hydrophilic functional group. For this reason, not only durability but the hydrophilic function can be efficiently provided to a base material. Therefore, durability and hydrophilicity can be imparted to materials in various fields including medical materials. Further, the surface of the diamond-like thin film can be further modified by using the introduced functional group.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、工程(c)では、ダイヤモンド様薄膜における水の接触角を10度以下にすることが好ましい。このような構成とすることにより、いわゆる超親水性の材料を実現することができる。 In the method for modifying a diamond-like thin film of the present invention, in step (c), the contact angle of water in the diamond-like thin film is preferably 10 degrees or less. With such a configuration, a so-called superhydrophilic material can be realized.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、第1のプラズマは、アルゴン、キセノン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、窒素、酸素、アンモニア、水素、水蒸気、鎖式又は環式の炭化水素、酸素を含む有機化合物及び窒素を含む有機化合物からなる群から選択された1つの気体又は2つ以上からなる混合気体のプラズマであることが好ましい。 In the method for modifying a diamond-like thin film of the present invention, the first plasma is an organic material containing argon, xenon, neon, helium, krypton, nitrogen, oxygen, ammonia, hydrogen, water vapor, chain or cyclic hydrocarbon, and oxygen. It is preferably a plasma of one gas selected from the group consisting of a compound and an organic compound containing nitrogen, or a mixed gas consisting of two or more.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、第2のプラズマは、酸素、空気、水蒸気及び酸素を含む有機化合物からなる群から選択された1つの気体又は2つ以上からなる混合気体のプラズマであることが好ましい。 In the method for modifying a diamond-like thin film of the present invention, the second plasma is a plasma of one gas selected from the group consisting of oxygen, air, water vapor, and an organic compound containing oxygen, or a mixed gas consisting of two or more. It is preferable.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、親水性の官能基はカルボキシル基を含むことが好ましい。 In the method for modifying a diamond-like thin film of the present invention, the hydrophilic functional group preferably contains a carboxyl group.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法は、工程(c)よりも後に、親水性の官能基を用いてダイヤモンド様薄膜の表面に機能性材料を固定する工程(d)をさらに備えていることが好ましく、工程(d)では、親水性の官能基と機能性材料に含まれる官能基とを共有結合させてかまわない。また、工程(d)は親水性の官能基を活性化する工程と、活性化した親水性の官能基を開始点としてグラフト重合を行う工程とを含んでいてもよい。 The method for modifying a diamond-like thin film of the present invention may further include a step (d) of fixing a functional material on the surface of the diamond-like thin film using a hydrophilic functional group after the step (c). Preferably, in the step (d), a hydrophilic functional group and a functional group contained in the functional material may be covalently bonded. Further, the step (d) may include a step of activating the hydrophilic functional group and a step of performing graft polymerization using the activated hydrophilic functional group as a starting point.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、機能性材料は生体適合性ポリマーであることが好ましい。 In the method for modifying a diamond-like thin film of the present invention, the functional material is preferably a biocompatible polymer.
この場合において、生体適合性ポリマーは、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリプロピレンカーボネート、ポリアミド、フィブリン、リン脂質の重合体、疎水親水ミクロ相分離重合体、ヒドロキシエチルメタクリレートの重合体又は共重合体、ビニルピロリドンの重合体又は共重合体、フッ素含有モノマーの重合体又は共重合体、Si含有モノマーの重合体又は共重合体及びビニルエーテルの重合体又は共重合体からなる群から選択された少なくとも1つのポリマー又はポリマーのエステル化物であることが好ましい。 In this case, the biocompatible polymer is a polyurethane, polyacrylamide, polyethylene oxide, polyethylene carbonate, polyethylene, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polypropylene carbonate, polyamide, fibrin, phospholipid polymer, hydrophobic hydrophilic microphase separation polymer, Hydroxyethyl methacrylate polymer or copolymer, vinyl pyrrolidone polymer or copolymer, fluorine-containing monomer polymer or copolymer, Si-containing monomer polymer or copolymer, and vinyl ether polymer or copolymer It is preferably at least one polymer selected from the group consisting of a coalescence or an esterified product of the polymer.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、機能性材料は抗血栓性の薬剤を担持し且つ担持した薬剤を除放する生分解性ポリマーであってもよい。 In the method for modifying a diamond-like thin film of the present invention, the functional material may be a biodegradable polymer that carries an antithrombotic drug and releases the supported drug.
この場合において、生分解性ポリマーは、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体、コラーゲン、ゼラチン、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、ポリアミノ酸、澱粉、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリエチレンサクシネート、及びポリ−β−ヒドロキシアルカノエートからなる群から選択された少なくとも1つのポリマーであることが好ましい。また、生分解性ポリマーは、可塑剤を含んでいてもよい。 In this case, the biodegradable polymer is polylactic acid, polyglycolic acid, a copolymer of polylactic acid and polyglycolic acid, collagen, gelatin, chitin, chitosan, hyaluronic acid, polyamino acid, starch, poly-ε-caprolactone Preferably, the polymer is at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene succinate, and poly-β-hydroxyalkanoate. The biodegradable polymer may contain a plasticizer.
本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法において、工程(a)よりも前に、基材とダイヤモンド様薄膜との密着性を向上させる中間層を基材の表面に形成する中間層形成工程をさらに備えていることが好ましい。 The method for modifying a diamond-like thin film of the present invention further includes an intermediate layer forming step of forming an intermediate layer for improving the adhesion between the base material and the diamond-like thin film on the surface of the base material before step (a). It is preferable.
この場合において、中間層は珪素及び炭素を主成分とするアモルファス膜であることが好ましい。 In this case, the intermediate layer is preferably an amorphous film mainly composed of silicon and carbon.
本発明に係る医療用材料の製造方法は、本発明のダイヤモンド様薄膜の修飾方法を用いることを特徴とする。 The method for producing a medical material according to the present invention is characterized by using the method for modifying a diamond-like thin film according to the present invention.
本発明に係る医療用器具の製造方法は、本発明の医療用材料の製造方法を用いることを特徴とする。 The medical device manufacturing method according to the present invention is characterized by using the medical material manufacturing method of the present invention.
本発明の医療用器具の製造方法において、医療用器具は、人体組織と直接的に接触するものであってよい。 In the method for manufacturing a medical device of the present invention, the medical device may be in direct contact with human tissue.
本発明の医療用器具の製造方法において、医療用器具は、ステント、カテーテル、バルーンカテーテル、ガイドワイヤ、ペースメーカーリード、体内留置用器材、注射針、メス、真空採血管、輸液バッグ、プレフィルドシリンジ、傷口保持部品のいずれか1つであることが好ましい。 In the method for producing a medical device of the present invention, the medical device is a stent, a catheter, a balloon catheter, a guide wire, a pacemaker lead, an indwelling device, an injection needle, a scalpel, a vacuum blood collection tube, an infusion bag, a prefilled syringe, a wound. Any one of the holding parts is preferable.
本発明に係る超親水性材料は、基材と、基材の表面に形成され且つ親水性の官能基を有するダイヤモンド様薄膜とを備え、ダイヤモンド様薄膜の表面における水の接触角が10度以下であることを特徴とする。 The superhydrophilic material according to the present invention comprises a base material and a diamond-like thin film having a hydrophilic functional group formed on the surface of the base material, and the contact angle of water on the surface of the diamond-like thin film is 10 degrees or less. It is characterized by being.
本発明の超親水性材料は、ダイヤモンド様薄膜の表面における水の接触角が10度以下であり、超親水性だけでなく優れた耐久性を有している。従って、耐久性と親水性とが要求される医療材料をはじめとする種々の分野における材料として用いることができる。 The superhydrophilic material of the present invention has a contact angle of water of 10 degrees or less on the surface of the diamond-like thin film, and has excellent durability as well as superhydrophilicity. Therefore, it can be used as a material in various fields including medical materials that require durability and hydrophilicity.
本発明の超親水性材料において、親水性の官能基は、少なくともカルボキシル基を含むことが好ましい。 In the superhydrophilic material of the present invention, the hydrophilic functional group preferably contains at least a carboxyl group.
本発明の超親水性材料において基材は、金属材料、セラミックス材料若しくは高分子材料又はこれらの複合体であることが好ましい。 In the superhydrophilic material of the present invention, the substrate is preferably a metal material, a ceramic material, a polymer material, or a composite thereof.
本発明の超親水性材料において、基材とダイヤモンド様薄膜との間には、基材とダイヤモンド様薄膜との密着性を向上させる中間層が設けられていることが好ましい。 In the superhydrophilic material of the present invention, it is preferable that an intermediate layer for improving the adhesion between the base material and the diamond-like thin film is provided between the base material and the diamond-like thin film.
本発明の超親水性材料において中間層は、珪素及び炭素を主成分とするアモルファス膜であることが好ましい。 In the superhydrophilic material of the present invention, the intermediate layer is preferably an amorphous film mainly composed of silicon and carbon.
本発明に係る医療用材料は、本発明の超親水性材料を用いることを特徴とする。 The medical material according to the present invention is characterized by using the superhydrophilic material of the present invention.
本発明に係る医療用器具は、本発明の医療用材料を用いることを特徴とする。 The medical instrument according to the present invention is characterized by using the medical material of the present invention.
本発明の医療用器具において、医療用器具は、人体組織と直接的に接触するものであってよい。 In the medical instrument of the present invention, the medical instrument may be in direct contact with human tissue.
本発明の医療用器具において、医療用器具は、ステント、カテーテル、バルーンカテーテル、ガイドワイヤ、ペースメーカーリード、体内留置用器材、注射針、メス、真空採血管、輸液バッグ、プレフィルドシリンジ、傷口保持部品のいずれか1つであることが好ましい。 In the medical instrument of the present invention, the medical instrument includes a stent, a catheter, a balloon catheter, a guide wire, a pacemaker lead, an indwelling device, an injection needle, a scalpel, a vacuum blood collection tube, an infusion bag, a prefilled syringe, and a wound holding part. Any one is preferred.
本発明に係るDLC膜の修飾方法及び超親水性材料、医療用材料、医療用器具とその製造方法によれば、DLC膜の親水性を向上させると共に、生体適合性等の機能の付与を効率良く行うことが可能であり、DLC膜の修飾方法及び超親水性材料、医療用材料、医療用器具とその製造方法を実現できる。 According to the DLC film modification method and super-hydrophilic material, medical material, medical device and manufacturing method thereof according to the present invention, the hydrophilicity of the DLC film is improved and functions such as biocompatibility are efficiently imparted. It is possible to perform well, and it is possible to realize a method for modifying a DLC film and a superhydrophilic material, a medical material, a medical instrument, and a manufacturing method thereof.
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態のDLC膜の修飾方法は、まず、基材の表面を覆うダイヤモンド様薄膜(DLC膜)を形成する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the method for modifying a DLC film of this embodiment, first, a diamond-like thin film (DLC film) that covers the surface of the substrate is formed.
基材には、金属材料及び樹脂材料をはじめとする有機及び無機材料を用いることができる。 Organic and inorganic materials including metal materials and resin materials can be used for the substrate.
具体的には、特に限定されるものではないが例えば、鉄、ニッケル、クロム、銅、チタン、白金、タングステン又はタンタル等の金属を基材として用いることができる。また、これらの合金である、SUS316L等のステンレス鋼、Ti−Ni合金若しくはCu−Al−Mn合金等の形状記憶合金、Cu−Zn合金、Ni−Al合金、チタン合金、タンタル合金、プラチナ合金又はタングステン合金等の合金を用いることもできる。また、アルミ、シリコン若しくはジルコン等の酸化物、窒化物若しくは炭化物等の生体不活性なセラミックス又はアパタイト若しくは生体ガラス等の生体活性を有するセラミックスでもよい。さらに、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、高密度ポリエチレン若しくはポリアセタール等の高分子樹脂又はポリジメチルシロキサン等のシリコンポリマー若しくはポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー等であってもよい。 Specifically, although not particularly limited, for example, a metal such as iron, nickel, chromium, copper, titanium, platinum, tungsten, or tantalum can be used as the base material. Further, these alloys are stainless steel such as SUS316L, shape memory alloy such as Ti—Ni alloy or Cu—Al—Mn alloy, Cu—Zn alloy, Ni—Al alloy, titanium alloy, tantalum alloy, platinum alloy or An alloy such as a tungsten alloy can also be used. Moreover, bioactive ceramics, such as oxides, such as aluminum, a silicon | silicone, or a zircon, nitride, or carbide | carbonized_material, or ceramics which have bioactivity, such as apatite or a biological glass, may be sufficient. Further, it may be a polymer resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), high-density polyethylene or polyacetal, a silicon polymer such as polydimethylsiloxane, or a fluorine polymer such as polytetrafluoroethylene.
また、これらの材料はワイヤ、チューブ及び平板等の素材であってかまわない。さらに、医療用器具等の具体的な形状に形成されたもの及び形成途中のものであってもかまわない。医療用器具には、例えばステント、カテーテル、バルーンカテーテル、ガイドワイヤ、ペースメーカーリード、体内留置用器材、注射針、メス、真空採血管、輸液バッグ、プレフィルドシリンジ、傷口保持部品、人工心臓弁膜及び人工関節等が含まれる。 These materials may be materials such as wires, tubes and flat plates. Furthermore, it may be formed in a specific shape such as a medical instrument or in the middle of formation. Medical devices include, for example, stents, catheters, balloon catheters, guide wires, pacemaker leads, indwelling devices, injection needles, scalpels, vacuum blood collection tubes, infusion bags, prefilled syringes, wound holding parts, artificial heart valve membranes and artificial joints Etc. are included.
基材の表面を覆うDLC膜は、既知の方法を用いて形成すればよい。例えば、スパッタ法、DCマグネトロンスパッタ法、RFマグネトロンスパッタ法、化学気相堆積法(CVD法)、プラズマCVD法、プラズマイオン注入法、重畳型RFプラズマイオン注入法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法又はレーザーアブレーション法等により基材の表面に形成することができる。また、その厚みは特に限定されるものではないが、0.005〜3μmの範囲が好ましく、より好ましくは0.01〜1μmの範囲である。 What is necessary is just to form the DLC film which covers the surface of a base material using a known method. For example, sputtering, DC magnetron sputtering, RF magnetron sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma CVD, plasma ion implantation, superimposed RF plasma ion implantation, ion plating, arc ion play It can be formed on the surface of the substrate by a coating method, an ion beam deposition method, a laser ablation method or the like. The thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.005 to 3 μm, more preferably in the range of 0.01 to 1 μm.
また、DLC膜は基材の表面に直接形成することができるが、基材とDLC膜とをより強固に密着させるために、基材とDLC膜との間に中間層を設けてもよい。中間層の材質としては、基材の種類に応じて種々のものを用いることができるが、珪素(Si)と炭素(C)、チタン(Ti)と炭素(C)又はクロム(Cr)と炭素(C)からなるアモルファス膜等の公知のものを用いることができる。その厚みは特に限定されるものではないが、0.005〜0.3μmの範囲が好ましく、より好ましくは0.01〜0.1μmの範囲である。 The DLC film can be directly formed on the surface of the base material, but an intermediate layer may be provided between the base material and the DLC film in order to more firmly adhere the base material and the DLC film. As the material for the intermediate layer, various materials can be used depending on the type of substrate, but silicon (Si) and carbon (C), titanium (Ti) and carbon (C), or chromium (Cr) and carbon. A known film such as an amorphous film made of (C) can be used. Although the thickness is not specifically limited, the range of 0.005-0.3 micrometer is preferable, More preferably, it is the range of 0.01-0.1 micrometer.
中間層は、公知の方法を用いて形成することができ、例えば、スパッタ法、CVD法、プラズマCVD法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法等を用いればよい。 The intermediate layer can be formed using a known method. For example, a sputtering method, a CVD method, a plasma CVD method, a thermal spraying method, an ion plating method, an arc ion plating method, or the like may be used.
基材を覆うように形成したDLC膜に、第1のプラズマ照射を行うことにより、DLC膜にラジカル等の反応性の部位を生成する。反応性の部位を生成するためのプラズマは、DLC膜の表面に存在する炭素−炭素結合を切断して酸化開始点を生起させることが可能なプラズマであればよい。具体的には、例えばアルゴン(Ar)、ネオン(Ne)、ヘリウム(He)、クリプトン(Cr)、キセノン(Xe)、窒素ガス(N2)、酸素ガス(O2)、アンモニアガス(NH4)、水素ガス(H2)若しくは水蒸気(H2O)等のガス又はこれらの混合ガスをプラズマガス種とするプラズマを用いればよい。 By performing the first plasma irradiation on the DLC film formed so as to cover the base material, a reactive site such as a radical is generated in the DLC film. The plasma for generating the reactive site may be any plasma that can generate an oxidation start point by cutting a carbon-carbon bond existing on the surface of the DLC film. Specifically, for example, argon (Ar), neon (Ne), helium (He), krypton (Cr), xenon (Xe), nitrogen gas (N 2 ), oxygen gas (O 2 ), ammonia gas (NH 4 ), A gas such as hydrogen gas (H 2 ) or water vapor (H 2 O), or a plasma using a mixed gas thereof as a plasma gas species may be used.
本実施形態の医療用材料の製造方法においては、第1のプラズマ照射を行った後、第2のプラズマ照射を行う。第2のプラズマ照射により、第1のプラズマ照射により形成したラジカル等の反応性の部位を酸素と反応させ、カルボキシル基等の酸素を含む親水性の官能基を生成する。 In the manufacturing method of the medical material of this embodiment, after performing 1st plasma irradiation, 2nd plasma irradiation is performed. By the second plasma irradiation, a reactive site such as a radical formed by the first plasma irradiation is reacted with oxygen to generate a hydrophilic functional group containing oxygen such as a carboxyl group.
第1のプラズマ照射により生成した反応性の部位は、酸素又は水を含む雰囲気に曝すことにより、カルボキシル基及び水酸基等に変換されることが期待される。しかし、第1のプラズマ照射を行った後のDLC膜を単純に酸素又は水を含む雰囲気に曝した場合に生成されるカルボキシル基及び水酸基の量は僅かであり、十分に親水性の官能基を生成することができない。しかし、第2のプラズマ照射を行うことにより、効率良くカルボキシル基等の親水性の官能基に変換することができる。 The reactive site generated by the first plasma irradiation is expected to be converted into a carboxyl group, a hydroxyl group, and the like by exposure to an atmosphere containing oxygen or water. However, the amount of carboxyl groups and hydroxyl groups generated when the DLC film after the first plasma irradiation is simply exposed to an atmosphere containing oxygen or water is very small, and a sufficiently hydrophilic functional group is not present. Cannot be generated. However, by performing the second plasma irradiation, it can be efficiently converted into a hydrophilic functional group such as a carboxyl group.
第2のプラズマ照射は、酸素原子を含むプラズマを照射すればよく、具体的には、酸素、空気、水蒸気若しくは酸素原子を含む有機化合物等のガス又はこれらの混合ガスをプラズマガス種としてプラズマ照射を行えばよい。 The second plasma irradiation may be performed by irradiation with plasma containing oxygen atoms. Specifically, plasma irradiation is performed using oxygen, air, water vapor, a gas such as an organic compound containing oxygen atoms, or a mixed gas thereof as a plasma gas species. Can be done.
第2のプラズマ照射を行ったDLC膜は、表面に導入されたカルボキシル基等により親水性となっている。このため、このままでも優れた生体適合性を有しており、ステント等の医療用器具として用いることができる。 The DLC film subjected to the second plasma irradiation is hydrophilic due to a carboxyl group or the like introduced on the surface. For this reason, it still has excellent biocompatibility and can be used as a medical instrument such as a stent.
また、DLC膜の表面に導入されたカルボキシル基を用いて、DLC膜の表面に生体適合性を有するポリマー等の機能性材料を固定してもよい。 Moreover, you may fix functional materials, such as a polymer which has biocompatibility, on the surface of a DLC film using the carboxyl group introduce | transduced on the surface of the DLC film.
機能性材料の固定は公知の方法により行えばよい。例えば、機能性材料中の官能基と水酸基又はカルボキシル基とをカップリング試薬を介して固定したり、機能性材料に水酸基又はカルボキシル基と反応する官能基を導入し、機能性材料の官能基とDLC膜表面の官能基とを反応させて固定したりすればよい。 The functional material may be fixed by a known method. For example, a functional group in a functional material and a hydroxyl group or a carboxyl group are fixed via a coupling reagent, or a functional group that reacts with a hydroxyl group or a carboxyl group is introduced into the functional material, What is necessary is just to make it react and fix with the functional group of the DLC film surface.
また、水酸基及びカルボキシル基を、3-アミノプロピルトリメトキシシラン等の官能性アルコキシシラン誘導体、2-メルカプト酢酸等の官能性カルボン酸誘導体、ジイソシアネート誘導体、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、2-アクリロイルオキシエチルイソシアネート、N-メタクリロイルスクシンイミド、又はN-アクリロイルスクシンイミド等と反応させることにより、アミノ基、イソシアネート基又はビニル基等に容易に変換することができる。このような変換された官能基を用いて機能性材料を固定してもよい。 In addition, the hydroxyl group and the carboxyl group are substituted with a functional alkoxysilane derivative such as 3-aminopropyltrimethoxysilane, a functional carboxylic acid derivative such as 2-mercaptoacetic acid, a diisocyanate derivative, 2-methacryloyloxyethyl isocyanate, and 2-acryloyloxyethyl. By reacting with isocyanate, N-methacryloyl succinimide, N-acryloyl succinimide or the like, it can be easily converted into an amino group, an isocyanate group, a vinyl group or the like. The functional material may be fixed using such a converted functional group.
また、機能性材料を共有結合により固定するのではなく、カルボキシル基等によりイオン結合させて固定してもよい。この場合、カルボキシル基等を他のイオン性の官能基に変換してもよい。イオン結合させることにより、機能性材料がヒドロキシアパタイト等の無機物であっても容易にDLC膜の表面に導入できる。 In addition, the functional material may be fixed by ionic bonding with a carboxyl group or the like instead of being fixed by a covalent bond. In this case, a carboxyl group or the like may be converted to another ionic functional group. By ionic bonding, even if the functional material is an inorganic material such as hydroxyapatite, it can be easily introduced onto the surface of the DLC film.
DLC膜の表面に固定する機能性材料は、どのようなものであってもよいが、医療用材料として用いる場合には、生体適合性を有するポリマーを用いればよい。例えば、パリレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、エチレンビニルアセテート、シリコン、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリブチルメチルアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンカーボネート若しくはポリプロピレンカーボネート等のポリカーボネート、セグメント化ポリウレタン等のポリウレタン又はポリエーテル型ポリウレタンとジメチルシリコンとのブレンド若しくはブロック共重合体等の合成ポリマーを用いることが可能である。また、ペプチド、タンパク質、核酸塩基、糖鎖、キチン若しくはキトサン等の天然のポリマーを用いてもよい。 The functional material fixed on the surface of the DLC film may be any material, but when used as a medical material, a biocompatible polymer may be used. For example, parylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, ethylene vinyl acetate, silicon, polyethylene oxide (PEO), polybutylmethyl acrylate, polyacrylamide, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene carbonate or polypropylene carbonate, polyurethane, or segmented polyurethane or polyether It is possible to use a synthetic polymer such as a blend of block polyurethane and dimethyl silicon or a block copolymer. Natural polymers such as peptides, proteins, nucleobases, sugar chains, chitin or chitosan may also be used.
また、DLC膜に生体適合性ではなく、抗血栓性等の機能性を付与してもよい。この場合には薬剤をその中に含有し且つ薬剤を一定速度で放出する能力を有するポリマーを固定することが好ましい。 Further, the DLC film may be provided with functionality such as antithrombogenicity instead of biocompatibility. In this case, it is preferable to fix a polymer containing the drug therein and having the ability to release the drug at a constant rate.
例えば、生分解性のポリマーに抗血栓性を有する薬剤を担持させたものを固定すればよい。生分解性ポリマーが分解されDLC膜が露出したとしても、下地のDLC膜が親水性であるためなんら問題は生じない。生分解性のポリマーは、例えばポリグリコール酸、乳酸とグリコール酸の共重合体、ポリDL乳酸(DL−PLA)、ポリL乳酸(L−PLA)、ラクチド、ポリカプロラクトン(PCL)、コラーゲン、ゼラチン、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、ポリ−L−グルタミン酸、ポリ−L−リジン等のポリアミノ酸、澱粉、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリエチレンサクシネート又はポリ−β−ヒドロキシアルカノエート等とすればよい。また、これに限らず、生体内で酵素的又は非酵素的に分解され、分解産物が毒性を示さず、薬物の放出が可能なものであれば、いずれの生分解性ポリマーも利用可能である。 For example, a biodegradable polymer carrying an antithrombotic drug may be fixed. Even if the biodegradable polymer is decomposed and the DLC film is exposed, there is no problem because the underlying DLC film is hydrophilic. Biodegradable polymers include, for example, polyglycolic acid, copolymers of lactic acid and glycolic acid, poly DL lactic acid (DL-PLA), poly L lactic acid (L-PLA), lactide, polycaprolactone (PCL), collagen, gelatin , Chitin, chitosan, hyaluronic acid, poly-L-glutamic acid, poly-L-lysine and other polyamino acids, starch, poly-ε-caprolactone, polyethylene succinate, poly-β-hydroxyalkanoate, and the like. In addition, any biodegradable polymer can be used as long as it is enzymatically or non-enzymatically degraded in vivo, the degradation product does not exhibit toxicity, and can release the drug. .
生分解性のポリマーに担持させる抗血栓性の薬剤は、抗血小板剤、抗凝固剤、アンチフィブリン及びアンチトロンビンとしては、ヘパリンナトリウム、低分子量ヘパリン、ヒルジン、アルガトロバン、フォルスコリン、塩酸サルボクレラート、バピプロスト、プロスタサイクリン、プロスタサイクリン同族体、デキストラン、D−フェ−プロ−アルグ−クロロメチルケトン(合成アンチトロンビン)、ディピリダモール、グリコプロテインIIb/IIIa血小板膜受容抗体、ビトロネクチン受容体拮抗物質及びトロンビン防止剤等を用いればよい。 Antithrombotic drugs carried on biodegradable polymers are antiplatelet agents, anticoagulants, antifibrin and antithrombin, such as heparin sodium, low molecular weight heparin, hirudin, argatroban, forskolin, salvocrelate hydrochloride, Bapiprost, prostacyclin, prostacyclin congener, dextran, D-fe-pro-arg-chloromethyl ketone (synthetic antithrombin), dipyridamole, glycoprotein IIb / IIIa platelet membrane receptor antibody, vitronectin receptor antagonist and thrombin inhibitor Etc. may be used.
また、生体によるポリマーの分解を促進し、薬剤の放出を効率良く行うためにポリマーに可塑剤を添加してもよい。可塑剤は、例えば酒石酸、リンゴ酸若しくはクエン酸のエステル系の可塑剤又は他の生体に対する安全性が確認された可塑剤を用いればよい。 In addition, a plasticizer may be added to the polymer in order to accelerate the degradation of the polymer by the living body and efficiently release the drug. As the plasticizer, for example, an ester plasticizer of tartaric acid, malic acid or citric acid, or another plasticizer whose safety against living bodies has been confirmed may be used.
なお、用途に応じて生体適合性及び生分解性以外の機能を有するポリマーを固定することも可能である。 It is also possible to fix a polymer having a function other than biocompatibility and biodegradability depending on the application.
さらに、カルボキシル基等の官能基をプラズマ、紫外線、放射線等の照射により活性化し、活性化した官能基を開始点としてモノマーをグラフト重合することにより、ポリマーを固定してもよい。カルボキシル基の活性化に要するエネルギーは、炭素−炭素結合の開裂と比べるとはるかに小さい。従って、DLC膜の表面にラジカルを導入する場合と比べて、カルボキシル基の活性化は容易である。このため、DLC膜へのグラフト重合を効率良く行うことが可能である。 Further, the polymer may be fixed by activating a functional group such as a carboxyl group by irradiation with plasma, ultraviolet rays, radiation or the like, and graft-polymerizing the monomer using the activated functional group as a starting point. The energy required for the activation of the carboxyl group is much smaller than the carbon-carbon bond cleavage. Therefore, the activation of the carboxyl group is easier than when radicals are introduced into the surface of the DLC film. For this reason, it is possible to perform graft polymerization onto the DLC film efficiently.
(一実施例)
以下に、本発明に係るDLC膜の修飾方法について実施例を用いてより具体的に説明する。
(Example)
Hereinafter, the DLC film modification method according to the present invention will be described more specifically with reference to examples.
本実施例において基材には、12mm角で厚さが5mmの高速度工具鋼(JIS規格SKH51)を用いた。 In this example, a high-speed tool steel (JIS standard SKH51) having a size of 12 mm square and a thickness of 5 mm was used as the base material.
図1は、本実施例において用いたイオン化蒸着装置を模式的に示したものであり、真空チャンバーの内部に設けられた直流アーク放電プラズマ発生器2に、イオン源であるAr並びにベンゼン(C6H6)ガスを導入することにより発生させたプラズマを、負電圧にバイアスしたターゲット1に衝突させることによりターゲット1の上にDLC膜を固体化して成膜する通常のイオン化蒸着装置である。
FIG. 1 schematically shows an ionization vapor deposition apparatus used in this example. Argon and benzene (C 6) as ion sources are connected to a DC arc
基材を図1に示すイオン化蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバーにアルゴンガス(Ar)を圧力が10-1Pa〜10-3Pa(10-3Torr〜10-5Torr)となるように導入した後、放電を行うことによりArイオン発生させ、発生したArイオンを基材の表面に衝突させるボンバードクリーニングを約30分間行った。 Was set in the chamber of the ionization vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 the substrate, so that argon gas (Ar) pressure becomes 10 -1 Pa~10 -3 Pa (10 -3 Torr~10 -5 Torr) in the chamber Then, Ar ion was generated by discharging, and bombard cleaning was performed for about 30 minutes to cause the generated Ar ions to collide with the surface of the substrate.
続いて、チャンバにテトラメチルシラン(Si(CH3)4)を3分間導入し、珪素(Si)及び炭素(C)を主成分とするアモルファス状で膜厚が20nmの中間層を形成する。 Subsequently, tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ) is introduced into the chamber for 3 minutes, and an amorphous intermediate layer having a thickness of 20 nm is mainly formed of silicon (Si) and carbon (C).
中間層を形成した後、C6H6ガスをチャンバーに導入し、ガス圧を10-1Paとする。C6H6を30mL/分の速度で連続的に導入しながら放電を行うことによりC6H6をイオン化し、イオン化蒸着を約2分間行い、厚さ30nmのDLC膜を基材の表面に形成した。 After forming the intermediate layer, C 6 H 6 gas is introduced into the chamber, and the gas pressure is set to 10 −1 Pa. The C 6 H 6 ionized by performing continuously introduced while discharging the C 6 H 6 at 30 mL / min, subjected to ionizing deposition about 2 minutes, the DLC film having a thickness of 30nm on a surface of a substrate Formed.
DLC膜を形成する際のターゲット電圧は1.5kV、ターゲット電流は50mA、フィラメント電圧は14V、フィラメント電流は30A、アノード電圧は50V、アノード電流は0.6A、リフレクタ電圧は50V、リフレクタ電流は6mAとした。また、形成時における基材の温度は約160℃であった。 When forming the DLC film, the target voltage is 1.5 kV, the target current is 50 mA, the filament voltage is 14 V, the filament current is 30 A, the anode voltage is 50 V, the anode current is 0.6 A, the reflector voltage is 50 V, and the reflector current is 6 mA. It was. Moreover, the temperature of the base material at the time of formation was about 160 ° C.
なお、中間層は基材とDLC膜との密着性を向上させるために設けており、基材とDLC膜との密着性を十分に確保できる場合には省略してもよい。 The intermediate layer is provided in order to improve the adhesion between the base material and the DLC film, and may be omitted when sufficient adhesion between the base material and the DLC film can be secured.
また、本実施例においては炭素源としてC6H6の単独ガスを用いたが、他の炭化水素原料を用いてもよい。また、C6H6等の炭化水素原料とCF4等のフロンガスとの混合ガスを用いて、フッ素を含むDLC膜を基材の表面に形成してもよい。 In this embodiment, a C 6 H 6 single gas is used as the carbon source, but other hydrocarbon raw materials may be used. Alternatively, a DLC film containing fluorine may be formed on the surface of the base material using a mixed gas of a hydrocarbon raw material such as C 6 H 6 and a chlorofluorocarbon gas such as CF 4 .
次に、基材の表面に形成したDLC膜にプラズマを照射することによりDLC膜の表面にラジカルを導入した。図2は本実施例において使用したプラズマ照射装置を模式的に示している。 Next, radicals were introduced to the surface of the DLC film by irradiating the DLC film formed on the surface of the substrate with plasma. FIG. 2 schematically shows the plasma irradiation apparatus used in this example.
図2に示すように本実施例において用いたプラズマ照射装置は、一般的なプラズマ照射装置であり、真空ポンプ22が接続されガス置換が可能なチャンバー21の底面及び胴部にそれぞれ電極23及び電極24が設けられている。電極23及び電極24に、マッチングネットワーク26を通して高周波電源25から高周波を印加することによりチャンバーの内部にプラズマを発生させ、電極23の上に設置したターゲット11にプラズマを照射する。
As shown in FIG. 2, the plasma irradiation apparatus used in the present embodiment is a general plasma irradiation apparatus, and an
まず、DLC膜を形成した基材に対して、ラジカルを発生させる第1のプラズマ照射を行った。DLC膜を形成した基材をプラズマ照射装置のチャンバーの内部にセットした後、アセチレン(C2H2)を流してチャンバーの内圧を133Paとした。続いて、高周波電源(アドテックプラズマテクノロジー製、AX−300型;周波数13.56MHz)を用いて50Wの高周波を電極に印加して、チャンバー内にアセチレンのプラズマを発生させ、DLC膜を形成した基材へアセチレンのプラズマを30秒間照射した。 First, the 1st plasma irradiation which generates a radical was performed with respect to the base material in which the DLC film was formed. After the base material on which the DLC film was formed was set inside the chamber of the plasma irradiation apparatus, acetylene (C 2 H 2 ) was flowed to adjust the internal pressure of the chamber to 133 Pa. Subsequently, a high frequency power source (manufactured by Adtech Plasma Technology, AX-300 type; frequency 13.56 MHz) was applied to the electrode with a high frequency of 50 W to generate acetylene plasma in the chamber, and the DLC film was formed. The material was irradiated with acetylene plasma for 30 seconds.
第1のプラズマ照射は、DLC膜の炭素炭素結合を切断しラジカルを発生させることができればよく、アセチレン以外のガスを用いて生成したプラズマを照射してもかまわない。 The first plasma irradiation is not limited as long as the carbon-carbon bond of the DLC film can be broken to generate radicals, and plasma generated using a gas other than acetylene may be irradiated.
次に、チャンバー内部の雰囲気をC2H2から酸素(O2)ガスに置換し内圧を133Paとした。続いて、50Wの高周波を電極に印加して、チャンバーの内部に酸素プラズマを発生させることにより第2のプラズマ照射を30秒間行った。 Next, the atmosphere inside the chamber was replaced with oxygen (O 2 ) gas from C 2 H 2 to set the internal pressure to 133 Pa. Subsequently, a second plasma irradiation was performed for 30 seconds by applying a high frequency of 50 W to the electrode to generate oxygen plasma inside the chamber.
第2のプラズマ照射は、第1のプラズマ照射により生成したラジカルと酸素とを効率良く反応させカルボキシル基を含む親水性の官能基を生成することを目的とする。従って、酸素ガスに変えて酸素原子を含む他のガスを用いて生成したプラズマを照射してもよい。 The purpose of the second plasma irradiation is to generate a hydrophilic functional group including a carboxyl group by efficiently reacting the radical generated by the first plasma irradiation with oxygen. Therefore, instead of oxygen gas, plasma generated using another gas containing oxygen atoms may be irradiated.
次に、カルボキシル基を導入したDLC膜の表面に、N-ビニル-2-ピロリドン(NVP)を重合した化合物であるポリビニルピロリドン(Polyvinylpyrrolidone、略称PVP)を以下のようにしてグラフトした。 Next, polyvinylpyrrolidone (abbreviated as PVP), which is a compound obtained by polymerizing N-vinyl-2-pyrrolidone (NVP), was grafted onto the surface of the DLC film into which the carboxyl group was introduced.
まず、DLC膜に導入されたカルボキシル基の活性化を行った。カルボキシル基の活性化は、アルゴンプラズマを照射することにより行った。チャンバ内にカルボキシル基を導入したDLC膜をセットした後、アルゴンガスを流してチャンバの内圧を133Paとした。続いて、20Wの高周波を電極に印加して、アルゴンプラズマを2分間照射した。 First, the carboxyl group introduced into the DLC film was activated. The activation of the carboxyl group was performed by irradiating with argon plasma. After setting the DLC film into which the carboxyl group was introduced into the chamber, argon gas was flowed to set the internal pressure of the chamber to 133 Pa. Subsequently, a high frequency of 20 W was applied to the electrode and irradiated with argon plasma for 2 minutes.
チャンバから基材を取り出した後、1分間大気暴露を行い、2mol/LのNVPを含むトルエン溶液と共に、ガラススクリュー管内に封入した。ガラススクリュー管内を窒素置換した後、80℃の温度で20時間重合を行った。重合後に基材を取り出し、多量のエタノール中に浸漬して洗浄することにより未反応のモノマー及びグラフトしていないポリマーを除去した。 After removing the substrate from the chamber, it was exposed to the atmosphere for 1 minute, and enclosed in a glass screw tube together with a toluene solution containing 2 mol / L NVP. After replacing the inside of the glass screw tube with nitrogen, polymerization was carried out at a temperature of 80 ° C. for 20 hours. After polymerization, the substrate was taken out and immersed in a large amount of ethanol and washed to remove unreacted monomers and ungrafted polymer.
なお、カルボキシル基の活性化にプラズマ照射を用いたが、紫外線、電子線又はγ線等を用いてもよい。 In addition, although plasma irradiation was used for activation of a carboxyl group, you may use an ultraviolet-ray, an electron beam, or a gamma ray.
−DLC膜の評価−
以下に、本実施例において作製したDLC膜について評価した結果について説明する。まず、DLC膜の表面に生成した官能基をX線光電子分光法(XPS)を用いて測定した。XPS測定には、日本電子社製XPS装置JPS9010を用い、X線源には、Alkα(1486.5eV)を出力100W(10kV、10mA)で用いた。
-Evaluation of DLC film-
The results of evaluating the DLC film produced in this example will be described below. First, functional groups generated on the surface of the DLC film were measured using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). For XPS measurement, an XPS apparatus JPS9010 manufactured by JEOL Ltd. was used, and for the X-ray source, Alkα (1486.5 eV) was used at an output of 100 W (10 kV, 10 mA).
図3(a)は、アセチレンのプラズマによる第1のプラズマ照射と酸素プラズマによる第2のプラズマ照射とを行い、さらに2分間の大気暴露を行ったDLC膜の表面をXPSにより測定した結果を示している。289eV付近にC1s軌道のピークが観測された。このピークは、カルボキシル基のO=C―OH結合に基づくピークである。一方、図3(b)に示すように、プラズマ照射を行っていないDLC膜には、289eV付近にピークは認められない。 FIG. 3 (a) shows the result of XPS measurement of the surface of a DLC film that was subjected to first plasma irradiation with acetylene plasma and second plasma irradiation with oxygen plasma, and further exposed to the atmosphere for 2 minutes. ing. A peak of C1s orbital was observed near 289 eV. This peak is a peak based on the O═C—OH bond of the carboxyl group. On the other hand, as shown in FIG. 3B, no peak is observed in the vicinity of 289 eV in the DLC film not subjected to plasma irradiation.
このことから、第1のプラズマ照射の後、酸素を含む第2のプラズマ照射を行うことにより、第1のプラズマ照射において生成したラジカルが、酸素と反応しカルボキシル基が生成することが明らかである。 From this, it is clear that the radical generated in the first plasma irradiation reacts with oxygen to generate a carboxyl group by performing the second plasma irradiation containing oxygen after the first plasma irradiation. .
また、図3(c)は、アセチレンのプラズマによる第1のプラズマ照射のみを行った後、2分間の大気暴露を行ったDLC膜の表面をXPSにより測定した結果を示している。図3(c)にも、カルボキシル基に由来するピークはほとんど認められない。 FIG. 3C shows the result of XPS measurement of the surface of the DLC film that was exposed to the atmosphere for 2 minutes after only the first plasma irradiation with acetylene plasma. Also in FIG. 3C, the peak derived from the carboxyl group is hardly recognized.
また、図3(a)には287eV付近にも図3(b)及び(c)にはほとんど認められないピークが認められる。これは、水酸基のC−O−H結合に基づくピークであり、カルボキシル基の他に親水性の水酸基も生成していることがわかる。 Further, in FIG. 3A, a peak that is hardly observed in FIGS. 3B and 3C is also observed near 287 eV. This is a peak based on the C—O—H bond of the hydroxyl group, and it can be seen that a hydrophilic hydroxyl group is also generated in addition to the carboxyl group.
以上の結果から、第1のプラズマ照射により生成したラジカルは、大気暴露だけではほとんど酸素と反応しないことが明らかである。つまり、DLC膜に効率良く親水性の官能基を導入するためには、反応性部位を形成する第1のプラズマ照射と、酸素を含むプラズマを用いた第2のプラズマ照射とが不可欠であることが明らかである。 From the above results, it is clear that radicals generated by the first plasma irradiation hardly react with oxygen only by exposure to the atmosphere. That is, in order to efficiently introduce a hydrophilic functional group into the DLC film, the first plasma irradiation for forming the reactive site and the second plasma irradiation using oxygen-containing plasma are indispensable. Is clear.
次に、第2のプラズマ照射を行ったDLC膜の表面のぬれ性を接触角測定器により測定した。接触角の測定には、協和界面科学株式会社社製の自動接触角測定機DM300型を用い、医療用材料の表面上に1μLの水滴を置き、接触角を測定した。なお、測定値は10点の平均値とした。 Next, the wettability of the surface of the DLC film subjected to the second plasma irradiation was measured with a contact angle measuring device. For the measurement of the contact angle, an automatic contact angle measuring machine DM300 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. was used, and a 1 μL water droplet was placed on the surface of the medical material, and the contact angle was measured. The measured value was an average value of 10 points.
図4はプラズマ照射後の接触角の経時変化を示している。図4において△で示したプラズマ照射を行っていないDLC膜の接触角は、70度〜80度の範囲内でほぼ一定であった。これに対して、○で示したアセチレンによる第1のプラズマ照射と酸素による第2のプラズマ照射を行ったDLC膜の接触角は、3度程度でほぼ一定であり、第2のプラズマ照射を行うことにより親水性が大きく向上し、いわゆる超親水性の表面となっていることがわかる。 FIG. 4 shows the change with time of the contact angle after the plasma irradiation. The contact angle of the DLC film not subjected to plasma irradiation indicated by Δ in FIG. 4 was almost constant within the range of 70 to 80 degrees. On the other hand, the contact angle of the DLC film that has been subjected to the first plasma irradiation with acetylene and the second plasma irradiation with oxygen indicated by ◯ is approximately constant at about 3 degrees, and the second plasma irradiation is performed. It can be seen that the hydrophilicity is greatly improved and a so-called superhydrophilic surface is obtained.
一方、図4で●で示したアセチレンによる第1のプラズマ照射のみを行った場合には、初期の接触角が120度であり、プラズマ照射を行っていないDLC膜よりも接触角が大きくなった。また、時間と共に接触角が低下し、最終的にはプラズマ照射を行っていないDLC膜よりも少し大きな値となった。これは、アセチレンによる第1のプラズマ照射により形成されたラジカルと大気中の酸素との反応は非常に遅く、また生成したラジカルのうち一部しか反応しないことを示している。 On the other hand, when only the first plasma irradiation with acetylene indicated by ● in FIG. 4 was performed, the initial contact angle was 120 degrees, and the contact angle was larger than that of the DLC film not subjected to plasma irradiation. . In addition, the contact angle decreased with time, and finally reached a slightly larger value than the DLC film not subjected to plasma irradiation. This indicates that the reaction between radicals formed by the first plasma irradiation with acetylene and oxygen in the atmosphere is very slow, and only some of the generated radicals react.
また、第1のプラズマ照射をアセチレンに代えて酸素により行った場合の結果を▽で示した。第1のプラズマ照射に酸素プラズマを用いることにより、ラジカルの生成と酸素との反応が同時に進行し、DLC膜の表面が親水性となることが期待される。しかし、この場合には、一旦接触角が低下するが、時間の経過と共に接触角が上昇する傾向が認められた。このような挙動を示す原因は明らかではないが、1回目の酸素プラズマの照射の際には、DLC膜に形成されたラジカルと酸素との反応が十分生じていないのではないかと考えられる。 Further, the results when the first plasma irradiation is performed with oxygen instead of acetylene are indicated by ▽. By using oxygen plasma for the first plasma irradiation, it is expected that the generation of radicals and the reaction with oxygen proceed simultaneously, and the surface of the DLC film becomes hydrophilic. However, in this case, the contact angle once decreased, but a tendency of increasing the contact angle over time was recognized. Although the cause of such behavior is not clear, it is considered that the reaction between the radicals formed in the DLC film and oxygen is not sufficiently generated during the first oxygen plasma irradiation.
以上のように、DLC膜に反応性の部位を形成する第1のプラズマ照射を行った後、酸素を含むプラズマによる第2のプラズマ照射を行うことにより、DLC膜を接触角が10度以下のいわゆる超親水性とすることができる。また、DLC膜であるため超親水性であるだけでなく耐久性も有しているため、医療用材料をはじめとして様々な分野において用いることができる。さらに、DLC膜に導入された官能基を用いることにより、DLC膜にポリマー等を固定し、超親水性以外の機能を付与することも可能である。 As described above, after the first plasma irradiation for forming a reactive site on the DLC film is performed, the second plasma irradiation with the plasma containing oxygen is performed, so that the contact angle of the DLC film is 10 degrees or less. The so-called super hydrophilic property can be obtained. Further, since it is a DLC film, it is not only superhydrophilic but also durable, so it can be used in various fields including medical materials. Furthermore, by using a functional group introduced into the DLC film, it is possible to fix a polymer or the like to the DLC film and to give a function other than super hydrophilicity.
図5(a)及び(b)はそれぞれ、アセチレンによる第1のプラズマ照射と酸素による第2のプラズマ照射を行いカルボキシル基を導入したDLC膜にNPVをグラフトした場合及びカルボキシル基の導入を行っていないDLC膜にNPVをグラフトした場合のXPSの測定結果を示している。図5(a)に示すように、カルボキシル基の導入を行った場合には、ポリビニルピロリドンのピロリドン環に由来するN1sのピークが認められた。また、第2のプラズマ照射後には約3度であった接触角が、ポリビニルピロリドンのグラフト後には57±3度まで上昇した。このことから、第2のプラズマ照射によりDLC膜に導入されたカルボキシル基によりポリビニルピロリドンがグラフトされたことが明らかである。 5A and 5B show the case where NPV is grafted on the DLC film into which the carboxyl group is introduced by performing the first plasma irradiation with acetylene and the second plasma irradiation with oxygen, respectively, and introducing the carboxyl group. 7 shows the XPS measurement results when NPV is grafted onto a non-DLC film. As shown in FIG. 5A, when a carboxyl group was introduced, a peak of N1s derived from the pyrrolidone ring of polyvinylpyrrolidone was observed. Also, the contact angle, which was about 3 degrees after the second plasma irradiation, increased to 57 ± 3 degrees after the polyvinylpyrrolidone grafting. From this, it is clear that polyvinylpyrrolidone was grafted by the carboxyl group introduced into the DLC film by the second plasma irradiation.
一方、図5(b)に示すように、カルボキシル基の導入を行っていない場合には、N1sのピークは認められていない。このことから、カルボキシル基の活性化に用いたプラズマの照射条件によっては、DLC膜の炭素−炭素結合が開裂せず、グラフト重合が進行しないことがわかる。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, the peak of N1s is not observed when the carboxyl group is not introduced. This indicates that the carbon-carbon bond of the DLC film is not cleaved and the graft polymerization does not proceed depending on the plasma irradiation conditions used for activating the carboxyl group.
また、第2のプラズマ照射を行った後、10日間放置したDLC膜に対してポリビニルピロリドンのグラフトを行ったが、なんら問題なくグラフトを行うことができた。 Further, after the second plasma irradiation, the polyvinyl pyrrolidone was grafted on the DLC film left for 10 days, but the grafting could be performed without any problem.
以上説明したように、DLC膜の炭素−炭素結合を開裂させラジカルを形成する第1のプラズマ照射と、第1のプラズマ照射により形成されたラジカルを酸素と反応させる第2のプラズマ照射とを行うことにより、DLC膜の表面を超親水性とすることが可能である。 As described above, the first plasma irradiation for cleaving the carbon-carbon bond of the DLC film to form radicals and the second plasma irradiation for reacting the radicals formed by the first plasma irradiation with oxygen are performed. Thus, the surface of the DLC film can be made super hydrophilic.
プラズマ照射を2回行うことにより、DLC膜の表面が超親水性となる理由は明確ではないが、1回目のプラズマ照射により形成された反応性部位が、2回目の酸素を含むプラズマの照射により効率良く反応してカルボキシル基等の親水性の官能基となるためであると考えられる。また、DLC膜に導入された親水性の官能基は安定であり、長期にわたり超親水性を維持することができる。また、導入された官能基は、容易に活性化することができ、ポリマーをグラフトすることができる。また、官能基をポリマーを結合する結合部位として用いることも可能であり、ポリマーの有する種々の機能をDLC膜に容易に付与することができる。 The reason why the surface of the DLC film becomes superhydrophilic by performing the plasma irradiation twice is not clear, but the reactive site formed by the first plasma irradiation is caused by the second plasma irradiation containing oxygen. This is considered to be because it reacts efficiently and becomes a hydrophilic functional group such as a carboxyl group. Moreover, the hydrophilic functional group introduced into the DLC film is stable and can maintain super hydrophilicity for a long period of time. In addition, the introduced functional groups can be easily activated and the polymer can be grafted. Moreover, it is also possible to use a functional group as a binding site for binding the polymer, and various functions of the polymer can be easily imparted to the DLC film.
超親水性又は機能性を付与したDLC膜は、種々の用途に用いることができる。例えば、耐久性及び生体適合性が要求される、ステント、カテーテル、バルーンカテーテル、ガイドワイヤ、ペースメーカーリード、体内留置用器材、注射針、メス、真空採血管、輸液バッグ、プレフィルドシリンジ及び傷口保持部品等の医療用器具又は医療用器具の材料として用いることができる。 The DLC film imparted with super hydrophilicity or functionality can be used for various applications. For example, stents, catheters, balloon catheters, guide wires, pacemaker leads, indwelling devices, injection needles, scalpels, vacuum blood collection tubes, infusion bags, prefilled syringes, wound holding parts, etc. that require durability and biocompatibility It can be used as a medical device or a material of a medical device.
本発明に係る超親水性材料、医療用材料及び医療用器具は、DLC膜の親水性を向上させると共に、生体適合性等の機能の付与を効率良く行うことが可能であり、ダイヤモンド様薄膜の修飾方法として有用であると共に、超親水性材料、医療用材料、医療用器具とその製造方法等として有用である。 The superhydrophilic material, medical material, and medical instrument according to the present invention can improve the hydrophilicity of the DLC film and can efficiently impart functions such as biocompatibility. In addition to being useful as a modification method, it is useful as a super-hydrophilic material, a medical material, a medical instrument and a method for producing the same.
1 ターゲット
2 直流アーク放電プラズマ発生器
11 ターゲット
21 チャンバー
22 真空ポンプ
23 電極
24 電極
25 高周波電源
26 マッチングネットワーク
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基材の表面に形成され且つ親水性の官能基を有するDLC膜とを備え、
前記基材と前記DLC膜との間には、前記基材と前記DLC膜との密着性を向上させる中間層が設けられ、
前記DLC膜の表面における水の接触角は10度以下であり、
前記DLC膜の厚さは0.01μm以上、3μm以下であり、
前記中間層の厚さは0.01μm以上、0.3μm以下であることを特徴とする超親水性材料。 A substrate;
A DLC film formed on the surface of the substrate and having a hydrophilic functional group,
Between the base material and the DLC film, an intermediate layer for improving the adhesion between the base material and the DLC film is provided,
The contact angle of water on the surface of the DLC film is 10 degrees or less,
The DLC film has a thickness of 0.01 μm or more and 3 μm or less,
The intermediate layer has a thickness of 0.01 μm or more and 0.3 μm or less.
Priority Applications (1)
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